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Java多线程八股(一), 锁策略,synchronized锁策略详解

article 2024/11/16 12:20:53

目录：

一.常见的锁策略：

二.synchronized锁策略详情：

一.常见的锁策略：

注意: 接下来讲解的锁策略不仅仅是局限于 Java . 任何和 "锁" 相关的话题, 都可能会涉及到以下内容. 这些特性主要是给锁的实现者来参考的.

1.乐观锁 vs 悲观锁：

不是某一种特殊的锁，而是某个锁具有悲观或者乐观特性

乐观：加锁的时候预测接下来的锁竞争不激烈，就不需要做额外的工作

悲观：加锁的时候预测接下来的锁竞争激烈，就需要针对这样的激烈情况做额外的工作

2.重量级锁 vs 轻量级锁：

遇到悲观或者乐观的解决方案

轻量级锁：应对乐观场景，此时付出的代价小，比较高效。

重量级锁：应对悲观场景，此时付出的代价大，比较低效。

注意：synchronized 开始是⼀个轻量级锁. 如果锁冲突比较严重, 就会变成重量级锁

3.自旋锁 vs 挂起等待锁：

自旋锁：轻量级锁的经典案例，应用程序级别的量级，加锁的时候发现竞争一般不会加入阻塞等待的状态，而是采用忙等形式进行等待。

忙等：锁竞争不激烈，在某时刻解锁会再很短时间内又拿到锁，多次这样处理，不会进行阻塞等待

挂起等待锁：重量级锁的经典案例，操作系统内核级别的量级，加锁的时候竞争激烈会使线程进入阻塞等待，后续需要内核唤醒

4.普通互斥锁 vs 读写锁：

一个线程对于数据的访问, 主要存在两种操作: 读数据和写数据.
两个线程都只是读⼀个数据, 此时并没有线程安全问题. 直接并发的读取即可.
两个线程都要写⼀个数据, 有线程安全问题.
一个线程读另外一个线程写, 也有线程安全问题.

读写锁就是把读操作和写操作区分对待分别进行加锁.

Java 标准库提供了 ReentrantReadWriteLock 类, 实现了读写锁.

ReentrantReadWriteLock.ReadLock 类表⽰⼀个读锁. 这个对象提供了 lock / unlock ⽅法
进行加锁解锁.
ReentrantReadWriteLock.WriteLock 类表⽰⼀个写锁. 这个对象也提供了 lock / unlock
⽅法进⾏加锁解锁.

注意：保证读锁与读锁之间不互斥，读锁与写锁之间互斥，写锁与写锁之间互斥。

5.可重入锁 vs 不可重入锁：

一个线程一把锁，重复加锁多次，阻塞等待就是不可重入锁，没有阻塞等待就是可重入锁

我们Java中的synchronized锁是可重入锁

6. 公平锁 vs 非公平锁:

公平锁: 遵守 "先来后到"

非公平锁: 不遵守 "先来后到"

这就好比一群男生追同一个女神. 当女神和前任分手之后, 先来追女神的男生上位, 这就是公平锁; 如果是女神不按先后顺序挑一个自己看的顺眼的, 就是非公平锁.

二.synchronized锁策略详情：

1.锁升级：

我们的场景不同，锁的处理会又差异：

无锁--->偏向锁--->自旋等待锁(轻量级)--->挂起等待锁(重量级)

解释偏向锁：在锁竞争很少下synchronized，可能不会真的加锁，而是做一些简单的标记比如布尔类型标记一下，这个量级相比于加锁解锁效率高很多，如果没有其他线程来竞争这个锁，当前线程执行到要解锁的时候，就只是去除一下这个标记。以上解释就是偏向锁的处理。

如果有其他线程来竞争这把锁了，这个偏向锁就会真的加锁，会变成自旋锁，如果线程竞争激烈会进一步变成挂起等待锁这样的重量级锁

注意：jvm中只提供锁升级，不提供锁降级

2.锁消除：

锁消除也是编译器优化的一种体现，编译器会并判断你的当前代码，是否需要加锁，如果不需要加锁，而你加了synchronized编译器会自动把synchronized去掉。

3.锁粗化：

锁的粒度：加锁和解锁中间，包含的代码越多就认为锁粒度越粗；包含的代码越少i就认为锁粒度越细。 (代码不能只看数量多，逻辑和被执行的多少也要关注)

粗化就是如果，反复针对细粒度的代码加锁就会被优化为粗粒度

这种情况就建议锁粗化：
 public static int count = 0;
    public static void main(String[] args) {
        Object locker = new Object();

        Thread t1 = new Thread(()->{
            synchronized (locker) {
                count++;
            }

            synchronized (locker) {
                count++;
            }

            synchronized (locker) {
                count++;
            }
        });

        t1.start();
    }